JP5195491B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、着火性の異なる複数の燃料を直接燃料室に供給可能な内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine capable of directly supplying a plurality of fuels having different ignitability to a fuel chamber.
例えば、特許文献1には、予混合圧縮自己着火方式の課題である高負荷運転時の燃焼音を抑制する技術として、オクタン価(RON)に代表される着火性の異なる2種類の燃料を用い、1気筒あたり2本の筒内直噴インジェクタを具備し、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室内で重ならないように噴射し、燃焼室内に低着火性燃料領域と高着火性燃料領域を形成する技術が知られている。これによると、着火性の異なる2つの混合気領域が1サイクル中の着火時期に位相差を形成することによって急峻な燃焼を抑制可能となる。
For example,
しかしながら、この特許文献1においては、低着火性燃料の噴射量が少ない負荷においては、噴射量が少なすぎるために混合気が過度に希薄化し、燃焼効率の低下により熱効率が悪化するという問題がある。
However, in this
そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、低着火性燃料と高着火性燃料とを燃焼室内で混合する第1の運転モードと、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室内の異なる空間に分けて分布させる第2の運転モードと、を有し、低着火性燃料の量が所定値を超えたときの負荷を境に、第1の運転モードと第2の運転モードを切り替えることを特徴としている。 Therefore, the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a first operation mode in which low ignitable fuel and high ignitable fuel are mixed in the combustion chamber, and different spaces in the combustion chamber in which the low ignitable fuel and high ignitable fuel are mixed. And switching between the first operation mode and the second operation mode at the boundary of the load when the amount of low ignitable fuel exceeds a predetermined value. It is a feature.
第2の運転モードにおいて、低着火性燃料がλ(空気過剰率)=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量が存在し、その燃料量になる負荷以下において第2の運転モードを実施した場合、混合気が過度に希薄化(λ>3)し、未燃割合が増加するために熱効率が悪化することになる。 In the second operation mode, there is a fuel amount necessary for the low ignitable fuel to form a relatively homogeneous air-fuel mixture with λ (excess air ratio) = 2 to 3, and the load at which the fuel amount is obtained. In the following, when the second operation mode is performed, the air-fuel mixture becomes excessively diluted (λ> 3), and the unburned ratio increases, so that the thermal efficiency is deteriorated.
本発明によれば、第1の運転モードと第2の運転モードの最適な切り替え時期が設定され、熱効率の悪化を防止することができる。 According to the present invention, the optimal switching time between the first operation mode and the second operation mode is set, and deterioration of thermal efficiency can be prevented.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る内燃機関の制御装置のシステム構成図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of a control device for an internal combustion engine according to the present invention.
図1に示すように、内燃機関1には、第1コモンレール2、第1燃料噴射弁3及び第1燃料ポンプ4を構成要素とする第1コモンレール燃料噴射系と、第2コモンレール5、第2燃料噴射弁6及び第2燃料ポンプ7を構成要素とする第2コモンレール燃料噴射系と、が設けられている。第1燃料噴射弁3及び第2燃料噴射弁6は、燃焼室8に燃料を直接噴射するものであって、各コモンレール2、5内の設定燃料圧力を変更することにより、燃料噴射圧力をそれぞれ可変制御できるようになっている。また、燃焼室8を画成するピストン9は、ピストン冠面10の中央にキャビティ11が形成されている。尚、図1中の12は、点火プラグである。
As shown in FIG. 1, the
第1コモンレール燃料噴射系には、燃料タンク15内の燃料が第1燃料ポンプ4により供給されている。一方、第2コモンレール燃料噴射系には、改質燃料タンク16内の燃料が第2燃料ポンプ7により供給されている。改質燃料タンク16内には、燃料タンク15内の燃料とは異なる着火性の燃料が貯留されている。改質燃料タンク16内の燃料は、燃料タンク15内の燃料を燃料改質器40(後述)により燃料タンク15内の燃料とは異なる着火性の燃料に改質したものである。
The fuel in the
尚、本実施形態において、燃料タンク15内の燃料は市販の軽油であり、改質燃料タンク16内の燃料は、軽油よりも高オクタン価に燃料性状が改質され、軽油に比べて低着火性の燃料が貯留されている。すなわち、本実施形態においては、第1燃料噴射弁3からは。高着火性(低オクタン価)の燃料が噴射され、第2燃料噴射弁6からは。低着火性(高オクタン価)の燃料が噴射される。
In the present embodiment, the fuel in the
内燃機関1は、排気通路18に設置され排気によって駆動されるタービン21と、吸気通路17に設置されタービン21によって駆動されるコンプレッサ22とを含む過給機20を有している。本実施形態の過給機20は、可変容量型の形式が採用されており、低速域においてはタービン21に側に設けた可変ノズル(ベーン)23を絞ってタービン効率を高め、高速域においてはこの可変ノズル23を開いてタービン容量を拡大させることにより、広い運転領域で高い過給効果を得るものとなっている。
The
吸気通路17には、過給機20のコンプレッサ22の上流側にエアフローメータ25、エアクリーナ26が配置され、下流側にインタークーラ27、スロットル弁28、スワールコントロール弁29がそれぞれ介装されている。
In the
排気通路18には、内燃機関1とタービン21との間から分岐して吸気通路17に接続するEGR通路31が設けられている。EGR通路31には、EGR弁32とEGRクーラ33が介装されている。EGR弁32は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、内燃機関1に吸入されるEGR量を制御するものである。EGRクーラ33は、排気通路から還流する排気ガスを冷却するものである。
The
排気通路18には、タービン21の下流側に酸化触媒35、NOxトラップ触媒36及びDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)37が順に設けられている。酸化触媒35は、活性状態においてHC、COを酸化処理するものである。NOxトラップ触媒36は、リーン燃料時に排気中のNOx(窒素酸化物)をトラップし、ストイキ燃焼時やリッチ燃焼時にトラップしていたNOxを排気中のHC、COを還元剤として用いて還元浄化するものである。DPF37は排気中のPM(微粒子状物質)を捕集するものであって、捕集したPMは排気温度を高温化する再生制御により燃焼処理される。
In the
上述した燃料改質器40は、触媒(白金系触媒等)と内燃機関1の排気熱を利用した燃料変換器であり、n−パラフィンに代表される低オクタン価燃料を脱水素反応により、機関の高負荷運転に適する高オクタン価燃料へ変換する。燃料改質器40には、第3燃料ポンプ41及び燃料供給弁42により燃料タンク15内の燃料が供給されている。また、燃焼改質器40には、その温度(改質温度)の検出のために、燃焼改質器温度センサ43が設けられている。この燃料改質器40で生成された改質ガスは、ガス圧縮器44、凝集器45を経て、改質燃料タンク16に貯蔵される。改質燃料タンク16に貯蔵された改質燃料の量は、燃料センサ46によって検知されている。
The above-described
各種状態を検出するセンサとして、吸入空気量を検出する前記エアフローメータ25、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ51、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ52、冷却水温を検出する水温センサ53、スロットル弁28下流側における吸気圧力を検出する吸気圧センサ54、スロットル弁28下流側における吸気温度を検出する吸気温度センサ55、酸化触媒35入口の排気空燃比を検出する空燃比センサ56、NOxトラップ触媒36出口の排気空燃比を検出する空燃比センサ57、DPF37入口の排気温度を検知する温度センサ58、DPF37の入口と出口との圧力差を検出する差圧センサ59、DPF37出口の排気温度を検知する温度センサ60、前記燃焼改質器温度センサ43、前記燃料センサ46等が設けられ、これらのセンサ等からの検出信号はC/U(コントロールユニット)65に入力されている。
As sensors for detecting various states, the
このC/U65は、CPU及びその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、上述した各種センサからの検出信号に基づいて燃料噴射量、噴射時期を設定して各燃料噴射弁3、6の駆動を制御すると共に、スロットル弁28、EGR弁32及びスワールコントロール弁29の開度制御を行う。
The C /
また、本実施形態における内燃機関1は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用して、上死点時の燃焼室容積を変更することで圧縮比を任意の圧縮比に変更可能な可変圧縮比機構を有している。
Moreover, the
可変圧縮比機構は、図2に示すように、シリンダブロック71のシリンダ72内を摺動するピストン9にピストンピン74を介して一端が連結されたアッパリンク75と、このアッパリンク75の他端に連結ピン76を介して連結されるとともに、クランクシャフト77のクランクピン78に回転可能に連結されたロアリンク79と、このロアリンク79の自由度を制限するために該ロアリンク79にさらに連結ピン80を介して一端が連結され、かつ他端が内燃機関本体に揺動可能に支持されたコントロールリンク81と、を備えており、上記コントロールリンク81の揺動支持位置が制御軸82の偏心カム部83によって可変制御される構成となっている。
As shown in FIG. 2, the variable compression ratio mechanism includes an
制御軸72はクランクシャフト77と平行に配置され、かつシリンダブロック71に回転自在に支持されている。そして、この制御軸72は、歯車機構84を介して、電動モータからなるアクチュエータ85によって回転方向に駆動され、その回転位置が制御されるようになっている。
The
上記構成の可変圧縮比機構では、上記制御軸12の回転位置つまり偏心カム部13の位置によってコントロールリンク11下端の揺動支持位置が変化し、ロアリンク9の初期の姿勢が変わるため、これに伴ってピストン9の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
In the variable compression ratio mechanism configured as described above, the swing support position of the lower end of the control link 11 changes depending on the rotational position of the
内燃機関1は、図3に示すような第1燃焼モード(第1の運転モード)と、図4に示すような第2燃焼モード(第2の運転モード)と、を内燃機関1の負荷に応じて切り替えるようにしたものである。第1燃焼モードは、第1燃料噴射弁3から噴射される高着火性燃料と第2燃料噴射弁6から噴射される低着火性燃料とを燃焼室8内で混合する。第2燃焼モードは、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室8内の異なる空間に分けて分布させるものであって、ピストン9のキャビティ11上空の領域(低RON領域)に高着火性燃料(低RON燃料)を分布させ、燃焼室8内のキャビティ11外側の領域(高RON領域)に低着火性燃料(高RON燃料)を分布させる。尚、燃焼室内に火花点火手段(図1の符号12)を備え、第2燃焼モードを行う負荷範囲よりもさらに高い負荷範囲において、火花点火による燃焼を行うようにしても良い。
The
第1燃焼モードについて説明する。第1燃焼モードでは、自己着火時期が早すぎると急峻な燃焼になって音振が悪化する。また、着火時期が所定のATDCより進角すれば音振だけでなく効率も悪化(冷却損失悪化)する。一方、自己着火時期が遅すぎると効率が悪化(排気損失増大)する。そこで、音振と効率を両立する熱発生特性(急峻でないこと)と時期(遅すぎず早すぎず)が得られるように、低負荷側では高着火性燃料(低RON燃料)を多く、高負荷側では低着火性燃料(高RON)を多くする。 The first combustion mode will be described. In the first combustion mode, if the self-ignition timing is too early, the combustion becomes steep and the sound vibration deteriorates. Further, if the ignition timing is advanced from a predetermined ATDC, not only the sound vibration but also the efficiency is deteriorated (cooling loss is deteriorated). On the other hand, if the self-ignition timing is too late, the efficiency deteriorates (exhaust loss increases). Therefore, in order to obtain heat generation characteristics (not steep) and timing (not too late but not too early) that achieve both sound vibration and efficiency, a lot of highly ignitable fuel (low RON fuel) is used on the low load side. Increase low ignitable fuel (high RON) on the load side.
また、負荷増大に応じ、燃料が増大し、λ(空気過剰率)がリッチ側に移行する(空気過剰率の値は小さくなる)。λがリッチになると自己着火時期が進角して音振悪化(ディーゼル(拡散燃焼)なら噴射時期を遅角させるところ、圧縮自己着火ではそれができない)する。オクタン価(RON)を高めて着火時期を遅角させることも考えられるが、着火時期を遅角しすぎると、上記の通りそもそも効率が悪化(排気損失増大)するので、第1燃焼モードではこれ以上の負荷で圧縮自己着火を続けられない限界に突き当たることになる。 Further, as the load increases, the fuel increases and λ (excess air ratio) shifts to the rich side (the excess air ratio value decreases). When λ becomes rich, the self-ignition timing is advanced and the sound vibration is worsened (if diesel (diffusion combustion), the injection timing is retarded, but compression self-ignition cannot do so). Although it is conceivable to retard the ignition timing by increasing the octane number (RON), if the ignition timing is retarded too much, the efficiency deteriorates in the first place (exhaust loss increases). It will hit the limit that can not continue compression self-ignition with the load of.
次に第2燃焼モードについて説明する。第2燃焼モードでは、オクタン価(RON)違いの燃料で形成された混合気毎に着火時期がずれるため、燃焼が急峻になることを防ぐことができる。第2燃焼モードにおいて、低負荷側で低着火性燃料(高RON燃料)が少なくなってくると、低着火性燃料による混合気(高RON混合気)が余りに希薄化して燃焼が起き難くなる。すなわち、第2燃焼モードにおいては、低着火性燃料がλ=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量が存在し、その燃料量になる負荷以下において第2燃焼モードを実施した場合、混合気が過度に希薄化(λ>3)し、未燃割合が増加するために熱効率が悪化する。すると狙い通りの燃焼(急峻でない熱発生)が得られず、しかも未燃燃料はそのまま排出されてしまう。また、第2燃焼モードへの切り替え負荷が高すぎても燃焼騒音の抑制が困難になる。従って、低負荷側においては第2燃焼モードの成立限界が存在する。 Next, the second combustion mode will be described. In the second combustion mode, since the ignition timing is shifted for each air-fuel mixture formed with fuel having different octane numbers (RON), it is possible to prevent the combustion from becoming steep. In the second combustion mode, when the low ignitable fuel (high RON fuel) decreases on the low load side, the air-fuel mixture (high RON mixture) due to the low ignitable fuel becomes too dilute and combustion is difficult to occur. That is, in the second combustion mode, there is a fuel amount necessary for the low ignitable fuel to be able to form a relatively homogeneous mixture with λ = 2 to 3, and the fuel amount is less than the load at which the fuel amount is reached. When the two-combustion mode is implemented, the air-fuel mixture becomes excessively diluted (λ> 3), and the unburned ratio increases, so that the thermal efficiency is deteriorated. Then, the intended combustion (non-steep heat generation) cannot be obtained, and the unburned fuel is discharged as it is. Moreover, even if the load for switching to the second combustion mode is too high, it becomes difficult to suppress the combustion noise. Therefore, there is a limit of establishment of the second combustion mode on the low load side.
そこで、本実施形態では、キャビティ11の外側域の低着火性燃料による混合気(高RON混合気)が所定のλ(空気過剰率)より大きくなる負荷で、第2燃焼モードを止めることにした。すなわち、図5及び図6に示すように、この第1実施形態では、X・Vs>Nなる条件を満たす場合に、第2燃焼モードを実施する。ここで、Xは補正係数、Vsは上死点時における燃焼室8内のキャビティ11外側の領域の体積、Nは第1燃焼モードと第2燃焼モードの切り替え負荷である。
Therefore, in the present embodiment, the second combustion mode is stopped at a load at which the air-fuel mixture (high RON air-fuel mixture) of the low ignitable fuel outside the
換言すれば、低着火性燃料単独での混合気形成が可能な時期を燃焼室8形状によって決定し、その時期を第1燃焼モードと第2燃焼モードの最適な切り替え時期として設定することで熱効率の悪化を防止する。
In other words, the time when the air-fuel mixture can be formed with the low ignitable fuel alone is determined by the shape of the
また、負荷に応じて低着火性燃料(高RON燃料)の噴射量が決定されるので、切り替え負荷Nは、Vsと低着火性燃料(高RON燃料)の噴射量と、によって決定されるということができる。つまり、この第1実施形態は、低着火性燃料の量が所定値を超えたときの負荷を境に、第1燃焼モードと第2燃焼モードを切り替える。 Further, since the injection amount of the low ignitable fuel (high RON fuel) is determined according to the load, the switching load N is determined by Vs and the injection amount of the low ignitable fuel (high RON fuel). be able to. That is, in the first embodiment, the first combustion mode and the second combustion mode are switched on the basis of the load when the amount of low ignitable fuel exceeds a predetermined value.
そのため、このような第1実施形態においては、熱効率の悪化を防止することができると共に、燃焼騒音の抑制を図ることができる。 Therefore, in such a 1st embodiment, while being able to prevent deterioration of thermal efficiency, suppression of combustion noise can be aimed at.
また、第2燃焼モードにおいて、低着火性燃料がλ=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量になる負荷は、燃焼室8の形状によって決定される。具体的には、上死点における燃焼室8の容積が大きくなるほど、低着火性燃料がλ=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量は多くなる。すなわち、「低着火性燃料の量が所定値を超えたときの負荷」における「所定値」は、上死点における燃焼室8容積が大きくなるほど大きくなる。
Further, in the second combustion mode, the load that becomes the amount of fuel necessary for the low ignitable fuel to form a relatively homogeneous mixture with λ = 2 to 3 is determined by the shape of the
また、可変圧縮比機構により、圧縮比が変更される場合、圧縮比が大きくなるほど上死点容積が小さくなるので、低着火性燃料がλ=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量は少なくなる。すなわち、「低着火性燃料の量が所定値を超えたときの負荷」における「所定値」は、圧縮比が大きくなるほど小さくなる。換言すれば、圧縮比の低下に伴い、第1燃焼モードと第2燃焼モードの切り替え負荷が高くなる。 In addition, when the compression ratio is changed by the variable compression ratio mechanism, the top dead center volume decreases as the compression ratio increases, so that a relatively homogeneous mixture with a low ignitable fuel of λ = 2 to 3 can be formed. The amount of fuel needed to become less. That is, the “predetermined value” in the “load when the amount of low ignitable fuel exceeds a predetermined value” decreases as the compression ratio increases. In other words, the load for switching between the first combustion mode and the second combustion mode increases as the compression ratio decreases.
つまり、第2燃焼モードによって燃焼騒音を抑制したいが、第1燃焼モードと第2燃焼モードの切り替え負荷に到達していない条件では、圧縮比を下げることで、燃焼騒音を抑制する。 That is, the combustion noise is suppressed by lowering the compression ratio under the condition where the combustion noise is desired to be suppressed by the second combustion mode but the switching load between the first combustion mode and the second combustion mode is not reached.
また、第2燃焼モードのように、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室8内の異なる空間に分けて分布させる場合には、ピストン9のピストン冠面10にキャビティ11を設ける構成が有利である。すなわち、キャビティ11を有するピストン9を用い、キャビティ11の稜線(エッジ)の内側と外側とに異なる燃料を噴き入れることで、平らなピストン冠面による燃焼室に比べれば、オクタン価(RON)違い燃料による混合気の成層化がし易い。つまり、ピストン9にキャビティ11を設けることで、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室8内の異なる空間に分けて分布させやすくなる。
Further, when the low ignitable fuel and the high ignitable fuel are distributed in different spaces in the
そして、「低着性火燃料の量が所定値を超えたときの負荷」における「所定値」は、ボア径を一定にして比較した場合、このキャビティ11の容積が大きいほど大きくなるよう設定される。換言すれば、「低着性火燃料の量が所定値を超えたときの負荷」における「所定値」は、ボア径を一定として比較した場合、上死点における燃焼室8のキャビティ11の外側の容積が大きくなるほど小さくなるよう設定される。
The “predetermined value” in the “load when the amount of low-adhesion fire fuel exceeds a predetermined value” is set so as to increase as the volume of the
以下、本発明の他の実施形態について説明するが、以下の各図に示す負荷範囲においては、全範囲で圧縮自己着火燃焼を行うものとする。また、吸気量の調整は基本的に行われず、ディーゼルエンジンのように燃料噴射量で出力制御するものとする。従って、内燃機関1は、負荷増大に応じて燃料量(燃料噴射量)は増え、λ(空気過剰率)はリッチ側へと変化する。
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described. In the load ranges shown in the following drawings, compression self-ignition combustion is performed over the entire range. The intake air amount is not basically adjusted, and the output is controlled by the fuel injection amount as in a diesel engine. Therefore, in the
図7及び図8に示すように、第1燃焼モードと第2燃焼モードを切り替える負荷は、燃料改質器40によって得られた改質燃料(低着火性燃料)のオクタン価(RON)あるいは燃料量に応じて変化させるようにしてもよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the load for switching between the first combustion mode and the second combustion mode is the octane number (RON) or fuel amount of the reformed fuel (low ignitable fuel) obtained by the
燃料改質器40で行う燃料改質は吸熱反応(例えば脱水素反応)の為、燃料改質器40は排気と熱交換するよう構成されている(平衡論的には高温・低圧の方が有利)。そのため、例えば負荷によって排気温度が変化するため、得られる改質燃料のオクタン価(RON)と燃料量は、負荷に応じて変わる。
Since the fuel reforming performed in the
そこで、図7に示すように、燃料改質器40によって得られた改質燃料(低着火性燃料)のオクタン価(RON)が高くなるほど、第2燃焼モードの実行負荷(切り替え負荷)を小さくするようにしてもよい。また、図8に示すように、燃料改質器40によって得られた改質燃料(低着火性燃料)の残量(改質燃料タンク16の残量)が多くなるほど、第2燃焼モードの実行負荷(切り替え負荷)を小さくするようにしてもよい。
Therefore, as shown in FIG. 7, the higher the octane number (RON) of the reformed fuel (low ignitable fuel) obtained by the
また、図9及び図10に示すように、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)の量に応じて、燃焼モードを制御するようにしてもよい。図9及び図10は、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)の量が十分にある場合と、不足する場合の制御の例をそれぞれ示したタイミングチャートである。
9 and 10, the combustion mode may be controlled according to the amount of reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)の量が十分にある場合には、図9に示すように、所定の切り替え負荷で第1燃焼モードと第2燃焼モードの切り替えを実施する。
When the amount of reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
一方、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)におけるオクタン価(RON)は十分であるもののその量が十分に無いような場合には、図10に示すように制御する。すなわち、低着火性燃料(高RON燃料)を節約するため、負荷が増大しても低着火性燃料(高RON燃料)の燃料噴射量をあまり増やさないようにして(この実施例では結果的に平均オクタン価は殆ど変化しない)、負荷増大には高着火性燃料(低RON燃料)の増加で対応する。一方、低着火性燃料(高RON燃料)による急峻燃焼緩和が十分に行われなくなることに対しては、過給を停止することで対応する。尚、本実施形態は、第1燃焼モードにおいて負荷の上昇に伴い過給を行っていることが前提である。過給を停止したことによる出力の減少は、燃料量の増大で対応する。高着火性燃料(低RON燃料)の噴射期間及び総燃料量のステップ的増加がこれを示す。過給停止による急峻燃料緩和の効果が食い潰された時点で、均質での圧縮自己着火の限界に突き当たる。
On the other hand, when the octane number (RON) in the reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
そして、図11及び図12に示すように、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)のオクタン価(RON)に応じて、燃焼モードを制御するようにしてもよい。図11及び図12は、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)のオクタン価(RON)が十分高い場合と、オクタン価(RON)が低い場合の制御の例をそれぞれ示したタイミングチャートである。
11 and 12, the combustion mode may be controlled according to the octane number (RON) of the reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)のオクタン価(RON)が十分に高い場合には、図11に示すように、所定の切り替え負荷で第1燃焼モードと第2燃焼モードの切り替えを実施する。
When the octane number (RON) of the reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
一方、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)におけるオクタン価(RON)が低い場合には、図12に示すように制御する。すなわち、低着火性燃料(高RON燃料)を増やしても平均RONを十分高くすることができないので過給を弱めることで対応する。過給を弱めたことによる急峻燃焼緩和の効果が得られる範囲で、平均オクタン価はそれほど高める必要がなくなるので、この実施例では結果的に低着火性燃料(高RON燃料)の量は図11よりも減らしている。過給を弱めた分は燃料が増加しており、その分効率は悪化する。
On the other hand, when the octane number (RON) in the reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
図13及び図14は、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)の量に応じて燃焼モードを制御する際に、過給ではなく排気還流で調整する場合を示すタイミングチャートである。すなわち、図13及び図14は、吸気圧一定で燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)の量が十分にある場合と、不足する場合の制御の例をそれぞれ示したタイミングチャートである。
FIGS. 13 and 14 show a case where the combustion mode is controlled in accordance with the amount of reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)の量が十分にある場合には、図13に示すように、所定の切り替え負荷で第1燃焼モードと第2燃焼モードの切り替えを実施する。
When the amount of reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
一方、燃料改質器40で生成された改質燃料(低着火性燃料)におけるオクタン価(RON)は十分であるもののその量が十分に無いような場合には、図14に示すように、低着火性燃料(高RON燃料)を増やしても平均RONを十分高くすることができないのでEGR率を高めることで対応する。一旦ステップ的に高くさせたEGR率は、負荷の上昇に伴って徐々に低下させる。
On the other hand, when the octane number (RON) in the reformed fuel (low ignitable fuel) generated by the
RGR率を高めることで、着火遅れを増大させ、熱発生重心を遅角して音振を低減する。尚、熱力学的MBT(最適点火時期)をとれないので図示効率は低下する。 By increasing the RGR rate, the ignition delay is increased, the center of heat generation is retarded, and the sound vibration is reduced. In addition, since the thermodynamic MBT (optimum ignition timing) cannot be taken, the illustrated efficiency is lowered.
尚、上述した実施形態においては、内燃機関1が燃料改質器40を備えていたが、例えば、上述した改質燃料タンク16に、外部からガソリンを給油できるように構成すれば、上述の燃料改質器40及び凝集器45等は、省略可能である。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。 The technical ideas of the present invention that can be grasped from the above-described embodiments will be listed together with their effects.
(1) 内燃機関の制御装置は、着火性の異なる複数の燃料を負荷に応じた任意の比率で直接燃焼室に供給できる燃料供給手段を有し、理論混合比よりも希薄な混合気の圧縮自己着火燃焼により作動し、負荷の上昇に伴い着火性の低い燃料の比率が増加する制御を有する内燃機関において、低着火性燃料と高着火性燃料とを燃焼室内で混合する第1の運転モードと、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室内の異なる空間に分けて分布させる第2の運転モードと、を有し、低着火性燃料の量が所定値を超えたときの負荷を境に、第1の運転モードと第2の運転モードを切り替える。第2の運転モードにおいて、低着火性燃料がλ=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量が存在し、その燃料量になる負荷以下において第2の運転モードを実施した場合、混合気が過度に希薄化(λ>3)し、未燃割合が増加するために熱効率が悪化する。また、第2の運転モードへの切り替え負荷が高すぎても燃焼騒音の抑制が困難になる。これによって、第1の運転モードと第2の運転モードの最適な切り替え時期が設定され、熱効率の悪化を防止することができると共に、燃焼騒音の抑制を図ることができる。 (1) A control device for an internal combustion engine has a fuel supply means that can directly supply a plurality of fuels having different ignitability at an arbitrary ratio according to a load to a combustion chamber, and compresses an air-fuel mixture that is leaner than a theoretical mixture ratio A first operation mode in which a low ignitable fuel and a high ignitable fuel are mixed in a combustion chamber in an internal combustion engine that operates by self-ignition combustion and has a control in which the ratio of fuel with low ignitability increases as the load increases. And a second operation mode in which the low ignitable fuel and the high ignitable fuel are distributed in different spaces in the combustion chamber, and the load when the amount of the low ignitable fuel exceeds a predetermined value is defined as a boundary. In addition, the first operation mode and the second operation mode are switched. In the second operation mode, there is a fuel amount necessary for the low ignitable fuel to be able to form a relatively homogeneous mixture with λ = 2 to 3, and the second amount of fuel is less than the load at which the fuel amount is reached. When the operation mode is performed, the air-fuel mixture becomes excessively diluted (λ> 3), and the unburned ratio increases, so that the thermal efficiency deteriorates. Moreover, even if the load for switching to the second operation mode is too high, it becomes difficult to suppress combustion noise. As a result, an optimal switching time between the first operation mode and the second operation mode is set, so that deterioration of thermal efficiency can be prevented and combustion noise can be suppressed.
(2) 前記(1)に記載の内燃機関の制御装置において、前記所定値は、上死点における燃焼室容積が大きくなるほど大きくなるよう設定する。第2の運転モードにおいて、低着火性燃料がλ=2〜3の比較的均質な混合気形成が可能になるのに必要な燃料量が存在し、その燃料量になる負荷は燃焼室形状によって決定される。 (2) In the control device for an internal combustion engine according to (1), the predetermined value is set to increase as the combustion chamber volume at the top dead center increases. In the second operation mode, there is a fuel amount necessary for the low ignitable fuel to be able to form a relatively homogeneous mixture with λ = 2 to 3, and the load that becomes the fuel amount depends on the shape of the combustion chamber. It is determined.
(3) 前記(1)または(2)に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の圧縮比を任意の圧縮比に変更可能な可変圧縮比機構を有し、前記所定値は、圧縮比が大きくなるほど小さくなるよう設定する。 (3) The control apparatus for an internal combustion engine according to (1) or (2), further including a variable compression ratio mechanism capable of changing a compression ratio of the internal combustion engine to an arbitrary compression ratio, wherein the predetermined value is a compression The ratio is set so as to decrease as the ratio increases.
(4) 前記(1)または(2)に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の圧縮比を任意の圧縮比に変更可能な可変圧縮比機構を有し、圧縮比の低下に伴い、前記第1の運転モードと前記第2の運転モードの切り替え負荷が高くなる。第2の運転モードによって燃焼騒音を抑制したいが、前記第1の運転モードと前記第2の運転モードの切り替え負荷に到達していない条件では、圧縮比を下げることで、燃焼騒音を抑制する。 (4) The control apparatus for an internal combustion engine according to (1) or (2) described above includes a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio of the internal combustion engine to an arbitrary compression ratio. The load for switching between the first operation mode and the second operation mode is increased. Although it is desired to suppress the combustion noise by the second operation mode, the combustion noise is suppressed by lowering the compression ratio under the condition that the switching load between the first operation mode and the second operation mode has not been reached.
(5) 前記(1)〜(4)のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼室を画成するピストンは、ピストン冠面にキャビティを有するものであって、前記所定値は、前記キャビティの容積が大きいほど大きくなるよう設定する。ピストン冠面にキャビティが形成されているので、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室内の異なる空間に分けて分布させることが容易となる。 (5) In the control device for an internal combustion engine according to any one of (1) to (4), the piston that defines the combustion chamber has a cavity in a piston crown surface, and the predetermined value is The cavity is set so as to increase as the volume of the cavity increases. Since the cavity is formed in the piston crown surface, it becomes easy to distribute the low ignitable fuel and the highly ignitable fuel separately in different spaces in the combustion chamber.
(6) 前記(1)〜(4)のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記燃焼室を画成するピストンは、ピストン冠面にキャビティを有するものであって、前記所定値は、上死点における前記燃焼室の前記キャビティの外側の容積が大きくなるほど小さくなる。 (6) In the control device for an internal combustion engine according to any one of (1) to (4), the piston that defines the combustion chamber has a cavity in a piston crown surface, and the predetermined value is The smaller the volume outside the cavity of the combustion chamber at the top dead center, the smaller it becomes.
(7) 前記(1)〜(6)のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、燃料性状を制御可能な燃料改質手段を有し、前記所定値は、該燃料改質手段によって生成された燃料の貯蔵量に応じて補正される。 (7) The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of (1) to (6), further including fuel reforming means capable of controlling fuel properties, wherein the predetermined value is generated by the fuel reforming means. It is corrected according to the amount of stored fuel.
(8) 前記(7)に記載の内燃機関の制御装置において、改質燃料の貯蔵量が少なくなるほど、前記第1の運転モードと前記第2の運転モードの切り替え負荷が高くなる。 (8) In the control device for an internal combustion engine according to (7), the load of switching between the first operation mode and the second operation mode increases as the amount of reformed fuel stored decreases.
(9) 前記(1)〜(8)のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、吸気圧力を任意に制御可能な吸気圧力変更手段を有し、低着火性燃料の量が前記所定値を超えたときの負荷になるまで、吸気圧力を固定もしくは低下させる。第2の運転モードによって燃焼騒音を抑制したいが、切り替え負荷に到達していない条件では、吸気圧力を低下もしくは固定することで、燃焼騒音を抑制する。 (9) The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of (1) to (8), further including an intake pressure changing unit capable of arbitrarily controlling an intake pressure, wherein the amount of low ignitable fuel is the predetermined value. The intake pressure is fixed or lowered until the load is exceeded. Although it is desired to suppress the combustion noise by the second operation mode, the combustion noise is suppressed by lowering or fixing the intake pressure under the condition where the switching load is not reached.
8…燃焼室
9…ピストン
10…ピストン冠面
11…キャビティ
8 ...
Claims (9)
低着火性燃料と高着火性燃料とを燃焼室内で混合する第1の運転モードと、低着火性燃料と高着火性燃料を燃焼室内の異なる空間に分けて分布させる第2の運転モードと、を有し、
低着火性燃料の量が所定値を超えたときの負荷を境に、第1の運転モードと第2の運転モードを切り替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 It has a fuel supply means that can supply multiple fuels with different ignitability directly to the combustion chamber at an arbitrary ratio according to the load. In an internal combustion engine having a control in which the ratio of fuel with low ignitability increases with
A first operation mode in which low-ignition fuel and high-ignition fuel are mixed in the combustion chamber; a second operation mode in which low-ignition fuel and high-ignition fuel are distributed in different spaces in the combustion chamber; Have
A control apparatus for an internal combustion engine, wherein the first operation mode and the second operation mode are switched at a load when the amount of low ignitable fuel exceeds a predetermined value.
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